JP2018185417A - 電気光学装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】液晶表示装置等において開口領域外側まで配置されたレンズを用いて光利用効率を向上させる。
【解決手段】電気光学装置は、平面視で遮光体と重なる第1絶縁体、開口領域に設けられ第1絶縁体と接し第1絶縁体より高屈折率の第2絶縁体、平面視で遮光体と重なる反射部材、開口領域に設けられ反射部材と接し反射部材より高屈折率の第3絶縁体、平面視で開口領域の外側まで配置された凹部を持つ基材、凹部を覆い基材に設けられ基材より高屈折率のレンズ部材、を有し、第2絶縁体は光を第1絶縁体との第1界面で反射させて伝搬させ、第3絶縁体は光を反射部材との第2界面で反射させて伝搬させ、反射部材は第2界面がレンズ部材側から第2絶縁体側に向かうにつれ開口領域内側に傾斜して形成され、レンズ部材は第2絶縁体側から基材に入射する光または基材側から第2絶縁体に入射する光を凹部との界面で屈折させる。
【選択図】図3
【解決手段】電気光学装置は、平面視で遮光体と重なる第1絶縁体、開口領域に設けられ第1絶縁体と接し第1絶縁体より高屈折率の第2絶縁体、平面視で遮光体と重なる反射部材、開口領域に設けられ反射部材と接し反射部材より高屈折率の第3絶縁体、平面視で開口領域の外側まで配置された凹部を持つ基材、凹部を覆い基材に設けられ基材より高屈折率のレンズ部材、を有し、第2絶縁体は光を第1絶縁体との第1界面で反射させて伝搬させ、第3絶縁体は光を反射部材との第2界面で反射させて伝搬させ、反射部材は第2界面がレンズ部材側から第2絶縁体側に向かうにつれ開口領域内側に傾斜して形成され、レンズ部材は第2絶縁体側から基材に入射する光または基材側から第2絶縁体に入射する光を凹部との界面で屈折させる。
【選択図】図3
Description
本発明は、電気光学装置および電子機器に関する。
複数の画素電極およびスイッチング素子が設けられた素子基板と、素子基板に対向配置された対向基板との間に液晶層を備えた液晶表示装置が知られている。各画素電極に対応して、光が透過する領域である開口領域が設けられている。液晶表示装置においては、入射した光が開口領域から外れることを抑制して、光利用効率を向上させることが求められている。
特許文献1は、素子基板の開口領域内にレンズ(マイクロレンズ)を設ける技術を開示する。特許文献1では、開口領域を画定する遮光層をマスクとしたドライエッチングにより、開口領域内に、レンズに対応する形状の底を有する凹部を形成している。そして、当該凹部にガラスや樹脂を充填することで、レンズを形成している。
ところで、特許文献1に記載された技術では、レンズの配置領域が、開口領域の内側に制限される。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液晶表示装置等の電気光学装置や、これを備えた電子機器において、開口領域の外側まで配置されたレンズを用いて光利用効率を向上させることができる新規な技術を提供することを、解決課題の一つとする。
以上の課題を解決するため、本発明に係る電気光学装置の一態様は、画素電極と、前記画素電極に対して垂直な方向である厚さ方向から見た平面視において、前記画素電極の縁に沿って設けられた遮光体と、前記平面視において、少なくとも前記遮光体と重なる領域に設けられた第1の絶縁体と、前記平面視において、前記遮光体に囲まれた開口領域に設けられ、前記第1の絶縁体と接し、前記第1の絶縁体を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成された第2の絶縁体と、前記平面視において、少なくとも前記遮光体と重なる領域に設けられた反射部材と、前記平面視において、少なくとも前記開口領域に設けられ、前記反射部材と接し、前記反射部材を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成された第3の絶縁体と、前記平面視において、前記開口領域と重なり当該開口領域の外側まで配置された凹部が設けられ、透光性の材料で形成された基材と、前記凹部を覆って前記基材に設けられ、前記基材を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成されたレンズ部材と、を有し、前記第2の絶縁体は、当該第2の絶縁体に入射した入射光を、当該第2の絶縁体と前記第1の絶縁体との第1の界面で反射させて、当該第2の絶縁体の内部で伝搬させる第1の導波路として機能し、前記第3の絶縁体は、前記厚さ方向において前記第2の絶縁体と前記レンズ部材との間に配置され、当該第3の絶縁体に入射した入射光を、当該第3の絶縁体と前記反射部材との第2の界面で反射させて、当該第3の絶縁体の内部で伝搬させる第2の導波路として機能し、前記反射部材は、前記第2の界面が、前記厚さ方向において前記レンズ部材側から前記第2の絶縁体側に向かうにつれて、前記開口領域の内側に向かう傾斜を有するように、形成されており、前記レンズ部材は、前記厚さ方向において前記第3の絶縁体と前記基材との間に配置され、前記第2の絶縁体側から当該第3の絶縁体および当該レンズ部材を透過して当該基材に入射する前記入射光、または、当該基材側から当該レンズ部材および当該第3の絶縁体を透過して当該第2の絶縁体に入射する前記入射光を、前記凹部との界面で屈折させる。
前記態様によれば、第2の絶縁体が第1の導波路として設けられ、第3の絶縁体が第2の導波路として設けられていることで、入射光が開口領域から外れることを抑制できるため、光利用効率の向上が図られる。また、反射部材が、レンズ部材側に対し第2の絶縁体側で開口領域の内側に向かう傾斜を有することにより、第2の絶縁体とレンズ部材との間での、第3の絶縁体を介した入射光の伝搬を、効率的に行うことができる。さらに、平面視において開口領域の外側まで配置された凹部を覆って設けられたレンズ部材により、開口領域の外側を通る入射光も開口領域の内側に屈折させることができるため、光利用効率をより向上させることができる。
上述した電気光学装置の一態様において、前記反射部材は、空気層または真空層を含む。この態様によれば、反射部材が空気層または真空層を含むことで、反射部材と第3の絶縁体との屈折率差を大きくしやすく、反射部材と第3の絶縁体と界面における全反射を生じさせやすい。
上述した電気光学装置の一態様において、前記遮光体は、第1の遮光層と、前記第1の遮光層とは前記厚さ方向の異なる位置に配置され、前記平面視において前記第1の遮光層と重なりを有する第2の遮光層とを含み、前記電気光学装置は、前記平面視において、前記第1の遮光層と前記第2の遮光層とが重なる位置に設けられ、前記厚さ方向について、前記第1の遮光層と前記第2の遮光層との間に設けられた半導体素子、をさらに有し、前記第2の絶縁体が前記厚さ方向に配置された範囲は、前記第1の遮光層の前記半導体素子側に向いた面から前記第2の遮光層の前記半導体素子側に向いた面までの厚さ方向の範囲を含む。この態様によれば、入射光の半導体素子への照射を抑制することができる。
以上の課題を解決するため、本発明に係る電子機器の一態様は、上述した電気光学装置を備える。
前記態様によれば、電気光学装置が有する第2の絶縁体、第3の絶縁体、およびレンズ部材により、電子機器における光利用効率の向上が図られる。
以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
<第1実施形態>
本発明の一実施形態として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶表示装置100を例示する。
本発明の一実施形態として、薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶表示装置100を例示する。
図1は、液晶表示装置100の全体的な構成を例示する概略平面図である。液晶表示装置100は、素子基板200と、素子基板200に対向配置された対向基板300と、素子基板200と対向基板300との間に配置された液晶層400とを備える。
素子基板200と対向基板300とは、額縁状に配置されたシール材410を介して接合されている。液晶層400は、素子基板200と対向基板300とシール材410とによって囲まれた空間に封入された、正または負の誘電異方性を有する液晶で形成されている。
シール材410は、例えば、熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤からなる。シール材410には、素子基板200と対向基板300との間隔を一定に保持するためのスペーサーが混入されている。シール材410の形成領域の内側には、遮光性材料からなる周辺見切り420が形成されている。周辺見切り420の内側は、複数の画素が配列された表示領域101となっている。
シール材410の外側の領域には、データ線駆動回路110および外部回路実装端子120が素子基板200の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する二辺に沿って走査線駆動回路130が設けられている。素子基板200の残る一辺には、両側の走査線駆動回路130の間を接続するための複数の配線140が設けられている。対向基板300の角部には、素子基板200と対向基板300との間で電気的導通をとるための基板間導通材150が設けられている。
液晶表示装置100は、例えば、TN(Twisted Nematic)モードやVA(Vertical Alignment)モードで動作する。液晶表示装置100は、例えば、対向基板300側から入射した光を変調して素子基板200側に射出する透過型の表示装置として用いられる。
図2は、液晶表示装置100の電気的な構成を例示する等価回路図である。表示領域101に、複数の画素102が行列状に配置されている。各画素102に、画素電極270とTFT260とが設けられている。TFT260のソース電極は、データ線駆動回路110(図1参照)から延在するデータ線262と電気的に接続されている。データ線262には、データ線駆動回路110から画像信号(データ信号)S1、S2、…、Snが線順次で供給される。TFT260のゲート電極は、走査線駆動回路130(図1参照)から延在する走査線261と電気的に接続されている。走査線261には、走査線駆動回路130から走査信号G1、G2、…、Gnが線順次で供給される。TFT260のドレイン電極は、画素電極270と電気的に接続されている。
画像信号S1、S2、…、Snは、TFT260を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線262を介して画素電極270に所定のタイミングで書き込まれる。このようにして画素電極270を介して液晶層400に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板300に設けられた共通電極370(図3参照)との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。
なお、保持された画像信号S1、S2、…、Snがリークするのを防止するため、画素電極270と容量線263との間に蓄積容量276が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このようにして、各画素102の液晶に電圧信号が印加され、印加された電圧レベルに応じて液晶の配向状態が変化することで、液晶層400(図3参照)に入射した光が変調されて、階調表示が可能となる。
図3は、液晶表示装置100の構成を例示する概略断面図である。画素電極270に対して垂直な方向(画素電極270の液晶層400側に向いた面に対して垂直な方向)から液晶表示装置100を見ることを、平面視と称する。画素電極270に対して垂直な方向を、厚さ方向と称することもある。なお、素子基板200の基材210が形成する平面に対して垂直な方向、または、対向基板300の基材310が形成する平面に対して垂直な方向から液晶表示装置100を見ることを、平面視と称してもよい。
以下、説明の便宜上、素子基板200に関しては、液晶層400側を上側と称し、対向基板300に関しては、液晶層400側を上側と称することがある。
素子基板200は、基材210、レンズ部材(マイクロレンズ)220、反射部材280、高屈折率絶縁体290、絶縁層231、絶縁層232、絶縁層233、絶縁層234、高屈折率絶縁体240、遮光層251、遮光層252、遮光層253、TFT260、画素電極270、および、配向膜275を有する。基材210の上側に(液晶層400側に)、レンズ部材220、反射部材280、高屈折率絶縁体290、絶縁層231等、高屈折率絶縁体240、遮光層251等、TFT260、画素電極270、および、配向膜275が設けられている。
基材210は、可視光を透過する透光性の材料、例えば、ガラス、石英等で形成される。基材210の上側の面は、凹曲面211aを備えた凹部211を有する。
凹部211を覆って基材210上に、レンズ部材220が形成されている。レンズ部材220は、透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン、窒化シリコン等で形成される。レンズ部材220を形成する材料としては、可視光に対する屈折率が、基材210を形成する材料の屈折率よりも高い材料が用いられる。
レンズ部材220は、凹部211が設けられた厚さ方向の範囲に配置されたレンズ層221と、厚さ方向においてレンズ層221に対し上側に(高屈折率絶縁体240側に)配置された透光層222とを有する。レンズ層221は、凹部211を埋めるように形成されて凹部211と接し、凹部211との界面223を形成し、凹部211の凹曲面211aに対応する凸曲面221aを備える。凹部211の備える凹曲面211aの形状、つまり、レンズ層221の備える凸曲面221aの形状は、球面状であっても非球面状であってもよい。透光層222は、レンズ部材220においてレンズ層221の上側の平板状部分である。
レンズ部材220上に、反射部材280が形成されている。反射部材280は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。また、レンズ部材220上の、反射部材280が設けられていない領域に、反射部材280の上面までの厚さの範囲に、高屈折率絶縁体290(第3の絶縁体)が形成されている。高屈折率絶縁体290は、絶縁性であり透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン、窒化シリコン等で形成される。高屈折率絶縁体290を形成する材料としては、可視光に対する屈折率が、反射部材280を形成する材料の屈折率よりも高い材料が用いられる。反射部材280と高屈折率絶縁体290とは、界面281(第2の界面)を形成する。
後述のように(図9、図10参照)、本実施形態では、レンズ部材220および高屈折率絶縁体290を形成する高屈折率材料層225に設けられた凹部611を埋め込むことで、反射部材280が形成されている。したがって、レンズ部材220と高屈折率絶縁体290とは、同一材料で一体的に形成されている。高屈折率材料層225のうち、反射部材280が配置されていない厚さ方向の範囲を、レンズ部材220と称し、反射部材280が配置された厚さ方向の範囲を、高屈折率絶縁体290と称する。
反射部材280上に、遮光層251が形成されている。遮光層251は、可視光を遮光する遮光性の材料、例えば、ポリシリコン、金属、金属シリサイド、金属化合物等で形成される。なお、遮光層252および遮光層253も、遮光層251と同様な材料で形成することができる。
遮光層251を覆って反射部材280上に、絶縁層231が形成されている。絶縁層231は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。なお、絶縁層232、絶縁層233および絶縁層234も、絶縁層231と同様な材料で形成することができる。
絶縁層231上に、TFT260が形成されている。TFT260は、半導体層を有し、当該半導体層にトランジスターのソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を備える。TFT260を覆って絶縁層231上に、絶縁層232が形成されている。絶縁層232上に、遮光層252が形成されている。遮光層252として、例えば走査線261(図2参照)を用いることができる。遮光層252を覆って絶縁層232上に、絶縁層233が形成されている。絶縁層233上に、遮光層253が形成されている。遮光層253として、例えばデータ線262(図2参照)を用いることができる。遮光層253を覆って絶縁層233上に、絶縁層234が形成されている。
遮光層251(第1の遮光層)と、(遮光層251とは厚さ方向の異なる位置に配置された)遮光層252(第2の遮光層)とは、平面視において重なっている。TFT260(半導体素子、スイッチング素子)は、平面視において遮光層251と遮光層252とが重なる位置に設けられ、厚さ方向について遮光層251と遮光層252との間に設けられている。遮光層253は、遮光層251および遮光層252と、平面視において重なっている。
反射部材280は遮光層251の下側(液晶層400と反対側)で遮光層251の近傍に設けられ、絶縁層231は遮光層251を覆って遮光層251の近傍に設けられ、絶縁層232はTFT260を覆ってTFT260の近傍に設けられ、絶縁層233は遮光層252を覆って遮光層252の近傍に設けられ、絶縁層234は遮光層253を覆って遮光層253の近傍に設けられている。
高屈折率絶縁体290上には、絶縁層234の上面までの厚さの範囲に、高屈折率絶縁体240が形成されている。高屈折率絶縁体240は、絶縁性であり透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン、窒化シリコン等で形成される。高屈折率絶縁体240を形成する材料としては、可視光に対する屈折率が、絶縁層231、絶縁層232、絶縁層233および絶縁層234(後述の低屈折率絶縁体230)を形成する材料の屈折率よりも高い材料が用いられる。高屈折率絶縁体240を形成する材料としては、例えば、レンズ部材220および高屈折率絶縁体280を形成する材料と同一の屈折率を有する材料を用いることができる。
高屈折率絶縁体240(第2の絶縁体)が配置されている厚さ方向の範囲に設けられ、平面視で高屈折率絶縁体240と接して設けられている、高屈折率絶縁体240よりも低屈折率の絶縁層をまとめて、低屈折率絶縁体230(第1の絶縁体)と称する。本例では、絶縁層231、絶縁層232、絶縁層233および絶縁層234をまとめた絶縁層が、低屈折率絶縁体230を形成する。低屈折率絶縁体230と高屈折率絶縁体240とは、界面241(第1の界面)を形成する。遮光層251、遮光層252および遮光層253をまとめて、遮光体250と称する。
絶縁層234および高屈折率絶縁体240が形成する面上に、画素電極270が形成されている。画素電極270は、導電性であり透光性の材料、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)等で形成される。画素電極270を覆って絶縁層234および高屈折率絶縁体240上に、配向膜275が形成されている。配向膜275は、例えば、ポリイミド、酸化シリコン等で形成される。
対向基板300は、基材310、レンズ部材(マイクロレンズ)320、絶縁層330、共通電極370、および、配向膜375を有する。基材310の上側に(液晶層400側に)、レンズ部材320、絶縁層330、共通電極370、および、配向膜375が設けられている。
基材310は、透光性の材料、例えば、ガラス、石英等で形成される。基材310の上側の面は、凹曲面311aを備えた凹部311を有する。凹部311を覆って基材310上に、レンズ部材320が形成されている。レンズ部材320は、可視光に対する屈折率が、基材310を形成する材料の屈折率よりも高い透光性の材料、例えば、酸窒化シリコン、窒化シリコン等で形成される。レンズ部材320は、素子基板200側の対応するレンズ部材220と、位置合わせされて配置される。
レンズ部材320は、凹部311が設けられた厚さ方向の範囲に配置されたレンズ層321と、厚さ方向においてレンズ層321に対し上側に配置された透光層322とを有する。レンズ層321は、凹部311を埋めるように形成されて凹部311と接し、凹部311との界面323を形成し、凹部311の凹曲面311aに対応する凸曲面321aを備える。凹部311の備える凹曲面311aの形状、つまり、レンズ層321の備える凸曲面321aの形状は、球面状であっても非球面状であってもよい。透光層322は、レンズ部材320においてレンズ層321の上側の平板状部分である。
レンズ部材320上に、絶縁層330が形成されている。絶縁層330は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。絶縁層330上に、共通電極370が形成されている。共通電極370は、導電性であり透光性の材料、例えば、ITO、IZO等で形成される。共通電極370上に、配向膜375が形成されている。配向膜375は、例えば、ポリイミド、酸化シリコン等で形成される。
図4は、画素電極270の近傍の構成を例示する概略平面図であり、低屈折率絶縁体230、高屈折率絶縁体240、遮光体250、TFT260、画素電極270、反射部材280、および、高屈折率絶縁体290の平面視における位置関係を示す。なお、図3は、厚さ方向に対して垂直な方向から見た断面視において、基材210、レンズ部材220、低屈折率絶縁体230、高屈折率絶縁体240、遮光体250、TFT260、画素電極270、反射部材280、および、高屈折率絶縁体290の概略構成が示されるように、平面視における適当な位置(経路)を選んで示した断面図である。
図4において、画素電極270を実線で示す。遮光層251を点線で示し、走査線261で形成された遮光層252を破線で示し、データ線262で形成された遮光層253を一点鎖線で示す。高屈折率絶縁体240を、左上がりの実線と破線とが交互に繰り返されるハッチングを施した領域で示し、低屈折率絶縁体230を、ハッチングを施さない(白抜きの)領域で示す。TFT260を、左上がりの実線のハッチングを施した領域で示す。
ここで、データ線駆動回路110(図1参照)が設けられた一辺に沿った方向をX方向とし、この一辺と直交し互いに対向する二辺、つまり走査線駆動回路130(図1参照)が設けられた二辺に沿った方向をY方向とする。なお、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向とし、Z方向から液晶表示装置100を見ることを、平面視と称してもよい。
画素電極270は、X方向に延在する一対の辺と、Y方向延在する他の一対の辺とを有する四角形状である。X方向に延在する行と、Y方向に延在する列とが形成されるように、複数の画素電極270が、行列状に配置されている。
遮光層251は、画素電極270の行間の、X方向に延在する隙間、および、画素電極270の列間の、Y方向に延在する隙間を覆うように、網目状に設けられている。遮光層251は、画素電極270の縁部まで覆うように設けられており、X方向に隣接する画素電極270間の隙間、および、Y方向に隣接する画素電極270間の隙間は、全幅に亘って遮光層251で覆われている。
遮光層252(走査線261)は、画素電極270の行間の、X方向に延在する隙間を覆うように設けられている。遮光層252は、画素電極270の縁部まで覆うように設けられており、Y方向に隣接する画素電極270間の隙間は、全幅に亘って遮光層252で覆われている。
遮光層253(データ線262)は、画素電極270の列間の、Y方向に延在する隙間を覆うように設けられている。遮光層253は、画素電極270の縁部まで覆うように設けられており、X方向に隣接する画素電極270間の隙間は、全幅に亘って遮光層253で覆われている。
したがって、遮光層251、遮光層252および遮光層253をまとめた遮光体250は、画素電極270の行間の、X方向に延在する隙間、および、画素電極270の列間の、Y方向に延在する隙間を覆うように、網目状に設けられている。遮光体250は、画素電極270の縁部まで覆うように設けられており、X方向に隣接する画素電極270間の隙間、および、Y方向に隣接する画素電極270間の隙間は、全幅に亘って遮光体250で覆われている。
遮光体250は、平面視において画素電極270の縁271に沿って(縁271に重なって)設けられており、遮光体250に囲まれた(遮光体250の縁255に囲まれた)開口領域272は、光が遮光体250で遮光されずに透過する透光領域となる。開口領域272の外側に配置された非開口領域273は、遮光体250と重なる領域であり、光が遮光される遮光領域となる。
TFT260は、走査線261である遮光層252と、データ線262である遮光層253とが重なる(交差する)位置に配置されており、遮光体250と重なる領域に設けられている。
低屈折率絶縁体230は、少なくとも遮光体250と重なる領域に設けられている。高屈折率絶縁体240は、開口領域272に設けられ、低屈折率絶縁体230と接している。
低屈折率絶縁体230は、より好ましくは、遮光体250の縁255から外側(開口領域272の内側)まで拡がって、遮光層251および遮光層252の端面を覆うように設けられる(図3参照)。これに対応し、高屈折率絶縁体240は、より好ましくは、遮光体250の縁255から開口領域272の内側に離間して配置されて、遮光体250と接しないように設けられる。このようにして、高屈折率絶縁体240は、開口領域272の全周に亘って、低屈折率絶縁体230と接するように設けられる。
反射部材280は、少なくとも遮光体250と重なる領域に設けられている。高屈折率絶縁体290は、少なくとも開口領域272に設けられ、反射部材280と接している。反射部材280は、平面視で低屈折率絶縁体230と重なりを有して配置されており、高屈折率絶縁体290は、平面視で高屈折率絶縁体240と重なりを有して配置されている。
さらに、図3を参照して、基材210の凹部211、レンズ部材220、高屈折率絶縁体240、反射部材280、および、高屈折率絶縁体290、の配置関係について説明する。
高屈折率絶縁体240が配置された領域242は、開口領域272の内側に配置されている。凹部211が配置された領域212は、開口領域272と重なり開口領域272の外側まで配置されており、凹部211は、平面視において、高屈折率絶縁体240と重なり高屈折率絶縁体240の外側まで配置されている。
高屈折率絶縁体290は、厚さ方向において高屈折率絶縁体240とレンズ部材220との間に配置されている。レンズ部材220は、厚さ方向において、高屈折率絶縁体290と基材210との間に配置されている。
高屈折率絶縁体290は、レンズ部材220側から高屈折率絶縁体240側に向かうにつれて、幅が狭まる形状に形成されている。高屈折率絶縁体290は、厚さ方向において最もレンズ部材220側では、平面視で遮光体250と重なる位置まで(開口領域272の外側まで)配置されており、厚さ方向において最も高屈折率絶縁体240側では、平面視で遮光体250から開口領域272の内側に離間して配置されている。
高屈折率絶縁体290の形状に対応して、反射部材280は、高屈折率絶縁体290との界面281が、厚さ方向においてレンズ部材220側から高屈折率絶縁体240側に向かうにつれて、開口領域272の内側に向かう傾斜を有するように、形成されている。
図3および図4を参照して、高屈折率絶縁体240の導波路としての機能、高屈折率絶縁体290の導波路としての機能、および、レンズ部材220の機能について説明する。液晶表示装置100には、進行方向が画素電極270に対し概ね垂直な方向に揃えられて、概ね平行光束にされた光が入射されるが、入射光には、垂直な方向からずれて斜めに入射する成分も含まれる。
まず、液晶表示装置100に素子基板200側から光を入射させる場合を例として、素子基板200に斜めに入射した入射光500の伝搬について説明する。基材210に斜めに入射した入射光500は、基材210の凹部211とレンズ部材220との界面223で屈折される。これにより、入射光500は、界面223で屈折されない場合と比べて、開口領域272の内側に向かって進行させることができる。なお、例示の入射光500は、界面223で屈折されても、開口領域272の外側に向かって進行している。
凹部211が開口領域272の外側まで配置され、レンズ部材220が(レンズ層221が)開口領域272の外側まで拡がって形成されていることで、レンズ部材220が(レンズ層221が)開口領域272の外側までは形成されていない場合と比べて、広い範囲を通過する入射光500を、開口領域272の内側に向かって屈折させることができる。
界面223で屈折された入射光500は、レンズ部材220を透過して、高屈折率絶縁体290に入射し、高屈折率絶縁体290と反射部材280との界面281に入射して、界面281で反射される。界面281は、上述のような傾斜により、レンズ部材220側の端部が、遮光体250の下側に入り込んで開口領域272の外側に配置されている。これにより、開口領域272の外側まで達した入射光500であっても、界面281で反射させて、開口領域272の内側に進行させる(内側に戻す)ことができる。
比較対象として、界面281(反射部材280の側面)が傾斜せず、画素電極270に対して垂直な場合を考えると、入射光500は反射部材280の底面に入射することとなり、開口領域272の内側に反射させることはできない。
例えば、反射部材280が酸化シリコンで形成され、高屈折率絶縁体290が酸窒化シリコンで形成されている場合、波長550nmの可視光について、反射部材280の屈折率は1.46となり、高屈折率絶縁体290の屈折率は1.64となる。スネルの法則より、界面281に入射する入射光500の入射角が62°以上であると、入射光500は、界面281で全反射される。
界面281で反射された入射光500は、高屈折率絶縁体290を透過し、高屈折率絶縁体240に入射し、高屈折率絶縁体240と低屈折率絶縁体230との界面241に入射して、反射される。界面241での反射により、入射光500を、開口領域272の内側に進行させる(内側に戻す)ことができる。
例えば、低屈折率絶縁体230が酸化シリコンで形成され、高屈折率絶縁体240が酸窒化シリコンで形成されている場合、界面241に入射する入射光500の入射角が62°以上であると、入射光500は、界面241で全反射されて、低屈折率絶縁体230内には入射しない。
界面241で反射された入射光500は、高屈折率絶縁体240を透過し、開口領域272において画素電極270を透過し、さらに配向膜275を透過して、液晶層400に入射する。
次に、液晶表示装置100に対向基板300側から光を入射させる場合を例として、素子基板200に斜めに入射した入射光501の伝搬について説明する。液晶層400を透過して素子基板200の配向膜275に斜めに入射した入射光501は、配向膜275および画素電極270を透過して、高屈折率絶縁体240に入射し、界面241に入射して反射される。界面241での反射により、入射光501を、開口領域272の内側に進行させる(内側に戻す)ことができる。入射光501は、界面241で全反射が生じる場合、低屈折率絶縁体230内には入射しない。
界面241で反射された入射光501は、高屈折率絶縁体240を透過して、高屈折率絶縁体290に入射し、界面281に入射して反射される。界面281での反射により、入射光501を、開口領域272の内側に進行させる(内側に戻す)ことができる。
界面281は、高屈折率絶縁体240側で開口領域272の内側に向かうように、つまり、レンズ部材220側で開口領域272の外側に向かうように、傾斜している。界面281がこのような傾斜を有することにより、高屈折率絶縁体240側から界面281に入射する入射光501の入射角が大きくなり、界面281での全反射が生じやすくなる。
界面281で反射された入射光501は、高屈折率絶縁体290を透過して、レンズ部材220に入射し、レンズ部材220と基材210の凹部211との界面223で屈折される。これにより、入射光501は、界面223で屈折されない場合と比べて、開口領域272の内側に向かって進行させることができる。
凹部211が開口領域272の外側まで配置され、レンズ部材220が(レンズ層221が)開口領域272の外側まで拡がって形成されていることで、レンズ部材220が(レンズ層221が)開口領域272の外側までは形成されていない場合と比べて、広い範囲を通過する入射光501を、開口領域272の内側に向かって屈折させることができる。界面223で屈折された入射光501は、基材210を透過して素子基板200の外部へ出射される。
以上説明したように、高屈折率絶縁体240は、高屈折率絶縁体240に入射した光を、高屈折率絶縁体240と低屈折率絶縁体230との界面241で反射させて、高屈折率絶縁体240の内部で伝搬させる導波路(第1の導波路)として機能する。界面241で全反射を生じさせることにより、高屈折率絶縁体240の内部で効率的に入射光を伝搬させることができる。なお、界面241において全反射でない反射が生じる場合であっても、当該反射により入射光の少なくとも一部を高屈折率絶縁体240の内部側、すなわち開口領域272の内側に戻すことができる。
高屈折率絶縁体240により、入射光が開口領域272から外れることを抑制できるため、入射光が表示に寄与しなくなることが抑制されて、光利用効率の向上が図られる。また、低屈折率絶縁体230内への光入射が抑制されることで、平面視で遮光体250と重なる位置に設けられたTFT260に(特にTFT260の半導体層に)入射光が照射されることを抑制でき、TFT260の誤作動が抑制される。このように、開口領域272に高屈折率絶縁体240を設けた簡便な構造で、光利用効率の向上等を図ることができる。
高屈折率絶縁体290は、高屈折率絶縁体290に入射した光を、高屈折率絶縁体290と反射部材280との界面281で反射させて、高屈折率絶縁体290の内部で伝搬させる導波路(第2の導波路)として機能する。界面281で全反射を生じさせることにより、高屈折率絶縁体290の内部で効率的に入射光を伝搬させることができる。なお、界面281において全反射でない反射が生じる場合であっても、当該反射により入射光の少なくとも一部を高屈折率絶縁体290の内部側、すなわち開口領域272の内側に戻すことができる。高屈折率絶縁体240により、入射光が開口領域272から外れることを抑制できるため、光利用効率の向上が図られる。
反射部材280は、高屈折率絶縁体290との界面281が、高屈折率絶縁体240側で開口領域272の内側に向かう傾斜(レンズ部材220側で開口領域272の外側に向かう傾斜)を有するように、形成されている。界面281がこのような傾斜を有することで、例えば、レンズ部材220側から界面281に入射する光については、開口領域272の外側に外れていても開口領域272の内側に反射させやすくなり、高屈折率絶縁体240まで伝搬させやすくなる。また例えば、高屈折率絶縁体240側から界面281に入射する光については、界面281での全反射を生じさせやすくでき、レンズ部材220まで効率的に伝搬させやすくなる。このように、界面281が上述のような傾斜を有することで、高屈折率絶縁体240とレンズ部材220との間での、高屈折率絶縁体290を介した入射光の伝搬を、効率的に行うことができる。
さらに、平面視において開口領域272の外側まで配置された凹部211を覆って設けられたレンズ部材220により、開口領域272の外側を通る入射光も開口領域272の内側に屈折させる(内側に戻す)ことができるため、光利用効率をより向上させることができる。
レンズ部材220は、レンズ層221に加えて透光層222を有する。レンズ部材220の透光層222の厚さを調整することで、開口領域272を透過する光の光路長を調整することができる。
高屈折率絶縁体240が厚さ方向に配置された範囲は、TFT260(特にTFT260の半導体層)が配置されている厚さ方向の範囲を含むことが好ましい。より具体的には、当該範囲は、遮光層251のTFT260側に向いた面251aから遮光層252のTFT260側に向いた面252aまでの厚さ方向の範囲を含むことが好ましい。高屈折率絶縁体240をこのように設けることで、TFT260への入射光の照射を抑制することができる。
なお、高屈折率絶縁体240が厚さ方向に配置された範囲は、遮光層251のTFT260側に向いた面251aと反対側の面251bから、遮光層252のTFT260側に向いた面252aと反対側の面252bまでの厚さ方向の範囲を含むことが、より好ましい。これにより、入射光のTFT260への照射が抑制される効果を、より高めることができる。
高屈折率絶縁体240は、平面視において、遮光体250の縁255に対して開口領域272の内側に離間して配置されて、低屈折率絶縁体230と接するように設けられていることが好ましい。これは、以下のような理由による。
高屈折率絶縁体240が遮光体250から離間していることで、遮光体250は高屈折率絶縁体240と接することがなく、高屈折率絶縁体240内に露出しない。遮光体250は、例えば金属で形成されており、金属光沢を有する。遮光体250が高屈折率絶縁体240内に露出していると、高屈折率絶縁体240を伝搬する光が、遮光体250を形成する遮光層251等の端部の縁で反射される。
界面241に入射する入射光の進行方向は、界面241と平行に近いほど(界面241への入射角が90°に近いほど)、界面241での全反射を生じさせやすいが、遮光体250の端部の縁で反射された光は、反射方向が一定しないため、界面241への入射角が小さい反射光(進行方向が界面241に対し垂直に近い反射光)が生じるおそれがある。このような反射光は、低屈折率絶縁体230内に入り込んで、開口領域272を外れて伝搬することとなり、また、TFT260に照射されやすくなる。
高屈折率絶縁体240が遮光体250から離間した態様とすることで、遮光体250の縁による入射光500の反射を抑制することができる。なお、高屈折率絶縁体240が遮光体250と接する態様であっても、高屈折率絶縁体240が設けられることで、高屈折率絶縁体240が設けられない場合と比べて、上述のような、光利用効率向上やTFT260への光照射抑制の効果を得ることはできる。
次に、液晶表示装置100の製造方法について説明する。図5〜図13は、液晶表示装置100の製造工程を示す概略断面図である。図5を参照する。基材210を準備する。基材210の、レンズ部材220が形成される領域に開口を有するマスクを形成し、当該領域の基材210を、エッチングにより一部の厚さ除去する。当該エッチングには、例えば、フッ酸を含むエッチング液を用いたウエットエッチングが用いられる。その後、当該マスクを除去する。
図6を参照する。基材210に形成されるべき凹部211の最も深い部分上に開口を有するマスク600を形成する。図7を参照する。例えば、フッ酸を含むエッチング液を用いたウエットエッチングを行って、凹部211を形成する。凹部211を形成した後、マスク600を除去する。
図8を参照する。凹部211を埋め込むように、例えば、プラズマ化学気相堆積(CVD)により酸窒化シリコンを堆積し、化学機械研磨(CMP)により不要部を除去し上面を平坦化する。このようにして、レンズ部材220および高屈折率絶縁体290が形成される層として、高屈折率材料層225が形成される。
図9を参照する。高屈折率材料層225上に、反射部材280の形成領域に開口を有するマスク610を形成する。マスク610の開口内の高屈折率材料層225を、例えば、フッ素系ガスに酸素や一酸化炭素等を混合したエッチングガスを用いてドライエッチングにより除去することで、高屈折率材料層225に、断面V字形状の凹部611を形成する。凹部611を形成した後、マスク610を除去する。
図10を参照する。凹部611を埋め込むように、例えば、酸化シリコンを堆積し、CMPにより不要部を除去し上面を平坦化する。このようにして、凹部611に埋め込まれた反射部材280が形成される。
図11を参照する。反射部材280および高屈折率絶縁体290が形成する面の、反射部材280上に、遮光層251を形成する。遮光層251を覆って反射部材280および高屈折率絶縁体290上に、絶縁層231を形成する。絶縁層231上に、TFT260を形成し、TFT260を覆って絶縁層231上に、絶縁層232を形成する。絶縁層232上に、遮光層252を形成し、遮光層252を覆って絶縁層232上に、絶縁層233を形成する。絶縁層233上に、遮光層253を形成し、遮光層253を覆って絶縁層233上に、絶縁層234を形成する。絶縁層231、絶縁層232、絶縁層233および絶縁層234、遮光層251、遮光層252および遮光層253、TFT260の形成方法としては、公知の方法を適宜用いることができる。
図12を参照する。絶縁層234上に、高屈折率絶縁体240の形成領域に開口を有するマスク620を形成する。絶縁層234、絶縁層233、絶縁層232および絶縁層231は、例えば酸化シリコンで形成されている。マスク620の開口内の絶縁層234、絶縁層233、絶縁層232および絶縁層231を、例えば、フッ素系等のハロゲン系のエッチングガスを用いてドライエッチングにより除去することで、絶縁層234、絶縁層233、絶縁層232および絶縁層231に、凹部621を形成する。凹部621を形成した後、マスク620を除去する。
図13を参照する。凹部621を埋め込むように、例えば、プラズマCVDにより酸窒化シリコンを堆積し、CMPにより不要部を除去し上面を平坦化する。このようにして、凹部621に埋め込まれた高屈折率絶縁体240が形成される。本実施形態による高屈折率絶縁体240は、凹部621を埋め込むことで、簡便に製造することができる。
その後、絶縁層234および高屈折率絶縁体240よりも上側(液晶層400側)の構造を、公知の方法を適宜用いて形成することで、素子基板200が形成される。さらに、公知の技術を適宜用いて、対向基板300を形成し、液晶層400を形成することで、液晶表示装置100が製造される。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に述べるような他の実施形態への適用や、各種の変形が可能である。また、以下に述べる他の実施形態や変形の態様は、任意に選択された一または複数を、適宜に組み合わせることもできる。
<第1実施形態の変形例>
図14は、第1実施形態の変形例による液晶表示装置100の構成を例示する概略断面図である。液晶表示装置100は、本変形例のように、対向基板300側にレンズ部材320を有さない構造であってもよい。なお、対向基板300がレンズ部材320を有さないことで、レンズ部材320を素子基板200側の対応するレンズ部材220と位置合わせする必要がなくなり、対向基板300側のレンズ部材320と、素子基板200側のレンズ部材220との位置ずれが生じることがなくなる。
図14は、第1実施形態の変形例による液晶表示装置100の構成を例示する概略断面図である。液晶表示装置100は、本変形例のように、対向基板300側にレンズ部材320を有さない構造であってもよい。なお、対向基板300がレンズ部材320を有さないことで、レンズ部材320を素子基板200側の対応するレンズ部材220と位置合わせする必要がなくなり、対向基板300側のレンズ部材320と、素子基板200側のレンズ部材220との位置ずれが生じることがなくなる。
<第2実施形態>
図15は、第2実施形態による液晶表示装置100の構成を例示する概略断面図である。以下主に、上述の第1実施形態との相違点について説明する。第1実施形態では、反射部材280を、固体層(例えば酸化シリコン層)により形成したのに対し、第2実施形態では、反射部材280を、気体層(例えば空気層)または真空層により形成し、中空の部分として設けている。
図15は、第2実施形態による液晶表示装置100の構成を例示する概略断面図である。以下主に、上述の第1実施形態との相違点について説明する。第1実施形態では、反射部材280を、固体層(例えば酸化シリコン層)により形成したのに対し、第2実施形態では、反射部材280を、気体層(例えば空気層)または真空層により形成し、中空の部分として設けている。
高屈折率絶縁体290は、レンズ部材220とは別の材料を、レンズ部材220上に堆積することで形成されている。高屈折率絶縁体290は、反射部材280を形成する気体層または真空層よりも高い屈折率を有する透光性の材料、例えば酸化シリコンで形成される。
反射部材280を覆って高屈折率絶縁体290上に、絶縁層295が形成されている。絶縁層295は、絶縁性であり透光性の材料、例えば酸化シリコン等で形成される。第2実施形態では、反射部材280が中空であるため、反射部材280の蓋となる部材として、絶縁層295が形成されている。
絶縁層295上の、反射部材280上方の領域に、遮光層251、絶縁層231、TFT260、絶縁層232、遮光層252、絶縁層233、遮光層253、および、絶縁層234が形成されている。絶縁層295上の、高屈折率絶縁体290上方の領域に、高屈折率絶縁体240が形成されている。高屈折率絶縁体240は、その下面が絶縁層295の途中の厚さに達し、遮光体250に対して(遮光体250のうち最も下側に配置された遮光層251に対して)レンズ部材220側まで形成されている。
素子基板200について、レンズ部材220から下側の構造と、絶縁層234および高屈折率絶縁体240から上側の構造は、第1実施形態と同様である。また、対向基板300および液晶層400は、第1実施形態と同様である。
第2実施形態においても、高屈折率絶縁体240の導波路としての機能、高屈折率絶縁体290の導波路としての機能、および、レンズ部材220の機能は、第1実施形態と同様である。第2実施形態において、反射部材280は、気体層または真空層を含むことで、屈折率がほぼ1である。このため、第2実施形態では、反射部材280と高屈折率絶縁体290との屈折率差を大きくしやすく、界面281における全反射を生じさせやすい。
次に、第2実施形態による液晶表示装置100の製造方法について説明する。図16〜図22は、第2実施形態による液晶表示装置100の製造工程を示す概略断面図である。まず、第1実施形態において図7を参照して説明した工程までと同様にして、基材210に凹部211を形成する。
図16を参照する。基材210の凹部211を埋め込むようにレンズ部材220を形成した後、レンズ部材220上に、例えば、CVDにより酸化シリコンを堆積して、高屈折率材料層226を形成する。
図17を参照する。第1実施形態において図9を参照して説明した工程と同様にして、高屈折率材料層226に、反射部材280を形成するための断面V字形状の凹部を形成する。そして、当該凹部を埋め込むように、例えば、CVDによりシリコンを堆積し、CMPにより不要部を除去し上面を平坦化する。このようにして、犠牲層282が形成される。
犠牲層282を覆って高屈折率材料層226上に、例えば、CVDにより酸化シリコンを堆積して、絶縁層295aを形成する。そして、絶縁層295aに、犠牲層282を露出させる微小な穴を形成する。犠牲層282は、絶縁層295aの材料に対し高いエッチング選択比が得られる材料で形成される。
図18を参照する。例えば、三フッ化塩素や二フッ化キセノンなどのフッ素系ガスをエッチングガスとするドライエッチングにより、犠牲層282を選択的に除去する。図19を参照する。絶縁層295a上に、例えば、CVDにより酸化シリコンを堆積して、絶縁層295bを形成する。絶縁層295bにより、絶縁層295aに形成された穴が塞がれる。絶縁層295aおよび絶縁層295bの積層により、絶縁層295が形成される。絶縁層295により封止されることで、中空の反射部材280が形成される。
図20を参照する。第1実施形態で図11を参照して説明した工程と同様にして、絶縁層295上に、遮光層251、絶縁層231、TFT260、絶縁層232、遮光層252、絶縁層233、遮光層253、および、絶縁層234を形成する。
図21を参照する。第1実施形態で図12を参照して説明した工程と同様にして、絶縁層234上に、高屈折率絶縁体240の形成領域に開口を有するマスク630を形成し、マスク630の開口内の絶縁層234、絶縁層233、絶縁層232、絶縁層231、および、絶縁層295を、エッチングにより除去することで、凹部631を形成する。絶縁層295は、その厚さの途中までが除去される。凹部631を形成した後、マスク630を除去する。
図22を参照する。第1実施形態で図13を参照して説明した工程と同様にして、凹部631に埋め込まれた高屈折率絶縁体240を形成する。その後、絶縁層234および高屈折率絶縁体240よりも上側(液晶層400側)の構造を、公知の方法を適宜用いて形成することで、素子基板200が形成される。さらに、公知の技術を適宜用いて、対向基板300を形成し、液晶層400を形成することで、第2実施形態による液晶表示装置100が製造される。
上述の実施形態による液晶表示装置100において、さらに、以下のような変形を行ってもよい。例えば、素子基板200における絶縁層(層間絶縁膜)の数や、遮光体250を形成する遮光層の数は、必要に応じて変更してもよい。また例えば、高屈折率絶縁体240が設けられる厚さ方向の範囲は、必要に応じて変更してもよい。また例えば、開口領域272内で高屈折率絶縁体240が設けられる平面視上の範囲は、必要に応じて変更してもよい。また例えば、反射部材280および高屈折率絶縁体290が設けられる厚さ方向の範囲や、界面281の傾斜の角度は、必要に応じて変更してもよい。
<応用例>
次に、上述の実施形態の応用例として、投射型表示装置(プロジェクター)について説明する。図23は、応用例によるプロジェクター700の光学系を例示する模式図である。プロジェクター700は、光源装置701と、インテグレーター704と、偏光変換素子705と、色分離導光光学系702と、光変調装置としての液晶光変調装置710R、液晶光変調装置710G、 液晶光変調装置710Bと、クロスダイクロイックプリズム712および投写光学系714と、を具備して構成されている。液晶光変調装置710R、710Gおよび710Bには、後述するように、液晶表示装置720R、720Gおよび720Bが設けられている。これらの液晶表示装置720R、720Gおよび720Bとして、例えば上述の液晶表示装置100を用いることができる。
次に、上述の実施形態の応用例として、投射型表示装置(プロジェクター)について説明する。図23は、応用例によるプロジェクター700の光学系を例示する模式図である。プロジェクター700は、光源装置701と、インテグレーター704と、偏光変換素子705と、色分離導光光学系702と、光変調装置としての液晶光変調装置710R、液晶光変調装置710G、 液晶光変調装置710Bと、クロスダイクロイックプリズム712および投写光学系714と、を具備して構成されている。液晶光変調装置710R、710Gおよび710Bには、後述するように、液晶表示装置720R、720Gおよび720Bが設けられている。これらの液晶表示装置720R、720Gおよび720Bとして、例えば上述の液晶表示装置100を用いることができる。
光源装置701は、第1色光である赤色光(以下「R光」という)、第2色光である緑色光(以下「G光」という)、および第3色光である青色光(以下「B光」という)を含む光を供給する。光源装置701としては、例えば超高圧水銀ランプを用いることができる。
インテグレーター704は、光源装置701から出射された光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子705にて特定の振動方向を有する偏光光、例えば色分離導光光学系702の反射面に対してs偏光したs偏光光に変換される。s偏光光に変換された光は、色分離導光光学系702を構成するR光透過ダイクロイックミラー706Rに入射する。
色分離導光光学系702は、R光透過ダイクロイックミラー706Rと、B光透過ダイクロイックミラー706Gと、3枚の反射ミラー707と、2枚のリレーレンズ708と、を具備して構成されている。
R光透過ダイクロイックミラー706Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー706Rを透過したR光は、反射ミラー707に入射する。
反射ミラー707は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、R光用液晶光変調装置710Rに入射する。R光用液晶光変調装置710Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。
R光用液晶光変調装置710Rは、λ/2位相差板723R、ガラス板724R、第1偏光板721R、液晶表示装置720R、および第2偏光板722Rを有する。λ/2位相差板723Rおよび第1偏光板721Rは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板724Rに接する状態で配置される。なお、図10において、第2偏光板722Rは独立して設けられているが、液晶表示装置720Rの射出面や、クロスダイクロイックプリズム712の入射表面に接する状態で配置しても良い。
R光透過ダイクロイックミラー706Rで反射された、G光とB光とは光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー706Gに入射する。B光透過ダイクロイックミラー706Gは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー706Gで反射されたG光は、G光用液晶光変調装置710Gに入射する。G光用液晶光変調装置710GはG光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。G光用液晶光変調装置710Gは、液晶表示装置720G、第1偏光板721Gおよび第2偏光板722Gを有する。
G光用液晶光変調装置710Gに入射するG光は、s偏光光に変換されている。G光用液晶光変調装置710Gに入射したs偏光光は、第1偏光板721Gをそのまま透過し、液晶表示装置720Gに入射する。液晶表示装置720Gに入射したs偏光光は、画像信号に応じた変調により、G光がp偏光光に変換される。液晶表示装置720Gの変調により、p偏光光に変換されたG光が、第2偏光板722Gから射出される。このようにして、G光用液晶光変調装置710Gで変調されたG光は、クロスダイクロイックプリズム712に入射する。
B光透過ダイクロイックミラー706Gを透過したB光は、2枚のリレーレンズ708と、2枚の反射ミラー707とを経由して、B光用液晶光変調装置710Bに入射する。
B光用液晶光変調装置710Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。B光用液晶光変調装置710Bは、λ/2位相差板723B、ガラス板724B、第1偏光板721B、液晶表示装置720B、および第2偏光板722Bを有する。
B光用液晶光変調装置710Bに入射するB光は、s偏光光に変換されている。B光用液晶光変調装置710Bに入射したs偏光光は、λ/2位相差板723Bによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたB光は、ガラス板724Bおよび第1偏光板721Bをそのまま透過し、液晶表示装置720Bに入射する。液晶表示装置720Bに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、B光がs偏光光に変換される。液晶表示装置720Bの変調により、s偏光光に変換されたB光が、第2偏光板722Bから射出される。B光用液晶光変調装置710Bで変調されたB光は、クロスダイクロイックプリズム712に入射する。
このように、色分離導光光学系702を構成するR光透過ダイクロイックミラー706RとB光透過ダイクロイックミラー706Gとは、光源装置701から供給される光を、第1色光であるR光と、第2色光であるG光と、第3色光であるB光とに分離する。
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム712は、2つのダイクロイック膜712a、712bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜712aは、B光を反射し、G光を透過する。ダイクロイック膜712bは、R光を反射し、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム712は、R光用液晶光変調装置710R、G光用液晶光変調装置710G、およびB光用液晶光変調装置710Bでそれぞれ変調されたR光、G光およびB光を合成する。
投写光学系714は、クロスダイクロイックプリズム712で合成された光をスクリーン716に投射する。これにより、スクリーン716上でフルカラー画像を得ることができる。このように、上述の液晶表示装置100は、一例としてプロジェクター700に用いることができる。
なお、上述の液晶表示装置100は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに用いることも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに用いることもできる。
なお、液晶表示装置100を適用可能な電子機器は、プロジェクターに限定されない。液晶表示装置100は、例えば、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)や直視型のHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、POSなどの情報端末機器の表示部として用いてもよい。
なお、上記の説明では、導波路として機能する高屈折率絶縁体240、導波路として機能する高屈折率絶縁体290、および、レンズ部材220を有する素子基板200(電気光学装置用基板)を備えた電気光学装置(または表示装置)として、液晶表示装置100を例示したが、本発明はこのような態様に限定されない。導波路として機能する高屈折率絶縁体240、導波路として機能する高屈折率絶縁体290、および、レンズ部材220は、例えば、光利用効率の向上を図ること等のために、電気泳動型表示装置、有機エレクトロルミネッセンス装置等の他の電気光学装置(または表示装置)に適用してもよい。
100…液晶表示装置、101…表示領域、102…画素、110…データ線駆動回路、120…外部回路実装端子、130…走査線駆動回路、140…配線、150…基板間導通材、200…素子基板、210…基材、211…凹部、211a…凹曲面、212…凹部の配置領域、213…縁、220…レンズ部材(マイクロレンズ)、221…レンズ層、221a…凸曲面、222…透光層、223…界面、225…高屈折率材料層、226…高屈折率材料層、230…低屈折率絶縁体、231…絶縁層、232…絶縁層、233…絶縁層、234…絶縁層、235…絶縁層、240…高屈折率絶縁体、241…界面、242…高屈折率絶縁体の配置領域、250…遮光体、251…遮光層、251a…TFT側の面、251b…TFTと反対側の面、252…遮光層、252a…TFT側の面、252b…TFTと反対側の面、253…遮光層、255…縁、260…TFT、261…走査線、262…データ線、263…容量線、270…画素電極、271…縁、272…開口領域、273…非開口領域、275…配向膜、276…蓄積容量、280…反射部材、281…界面、282…犠牲層、290…高屈折率絶縁体、295a…絶縁層、295b…絶縁層、295…絶縁層、300…対向基板、310…基材、311…凹部、311a…凹曲面、320…マイクロレンズ(マイクロレンズ)、321…レンズ層、321a…凸曲面、322…透光層、323…界面、330…絶縁層、370…共通電極、375…配向膜、400…液晶層、410…シール材、420…周辺見切り、500…入射光、501…入射光、600…マスク、610…マスク、611…凹部、620…マスク、621…凹部、630…マスク、631…凹部、700…プロジェクター、701…光源装置、702…色分離導光光学系、704…インテグレーター、705…偏光変換素子、710R…液晶光変調装置、710G…液晶光変調装置、710B…液晶光変調装置、712…クロスダイクロイックプリズム、714…投写光学系、716…スクリーン。
Claims (4)
- 画素電極と、
前記画素電極に対して垂直な方向である厚さ方向から見た平面視において、前記画素電極の縁に沿って設けられた遮光体と、
前記平面視において、少なくとも前記遮光体と重なる領域に設けられた第1の絶縁体と、
前記平面視において、前記遮光体に囲まれた開口領域に設けられ、前記第1の絶縁体と接し、前記第1の絶縁体を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成された第2の絶縁体と、
前記平面視において、少なくとも前記遮光体と重なる領域に設けられた反射部材と、
前記平面視において、少なくとも前記開口領域に設けられ、前記反射部材と接し、前記反射部材を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成された第3の絶縁体と、
前記平面視において、前記開口領域と重なり当該開口領域の外側まで配置された凹部が設けられ、透光性の材料で形成された基材と、
前記凹部を覆って前記基材に設けられ、前記基材を形成する材料よりも屈折率が高い透光性の材料で形成されたレンズ部材と、
を有し、
前記第2の絶縁体は、当該第2の絶縁体に入射した入射光を、当該第2の絶縁体と前記第1の絶縁体との第1の界面で反射させて、当該第2の絶縁体の内部で伝搬させる第1の導波路として機能し、
前記第3の絶縁体は、前記厚さ方向において前記第2の絶縁体と前記レンズ部材との間に配置され、当該第3の絶縁体に入射した入射光を、当該第3の絶縁体と前記反射部材との第2の界面で反射させて、当該第3の絶縁体の内部で伝搬させる第2の導波路として機能し、
前記反射部材は、前記第2の界面が、前記厚さ方向において前記レンズ部材側から前記第2の絶縁体側に向かうにつれて、前記開口領域の内側に向かう傾斜を有するように、形成されており、
前記レンズ部材は、前記厚さ方向において前記第3の絶縁体と前記基材との間に配置され、前記第2の絶縁体側から当該第3の絶縁体および当該レンズ部材を透過して当該基材に入射する前記入射光、または、当該基材側から当該レンズ部材および当該第3の絶縁体を透過して当該第2の絶縁体に入射する前記入射光を、前記凹部との界面で屈折させる、
電気光学装置。 - 前記反射部材は、空気層または真空層を含む、
請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記遮光体は、第1の遮光層と、前記第1の遮光層とは前記厚さ方向の異なる位置に配置され、前記平面視において前記第1の遮光層と重なりを有する第2の遮光層とを含み、
前記電気光学装置は、
前記平面視において、前記第1の遮光層と前記第2の遮光層とが重なる位置に設けられ、前記厚さ方向について、前記第1の遮光層と前記第2の遮光層との間に設けられた半導体素子、
をさらに有し、
前記第2の絶縁体が前記厚さ方向に配置された範囲は、前記第1の遮光層の前記半導体素子側に向いた面から前記第2の遮光層の前記半導体素子側に向いた面までの厚さ方向の範囲を含む、
請求項1または2に記載の電気光学装置。 - 請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の電気光学装置を備える電子機器。
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JP2017086945A JP2018185417A (ja) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 電気光学装置および電子機器 |
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JP2019139140A (ja) * | 2018-02-14 | 2019-08-22 | セイコーエプソン株式会社 | 透過型液晶表示装置、および電子機器 |
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2017
- 2017-04-26 JP JP2017086945A patent/JP2018185417A/ja active Pending
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